FOC标准库_手写

STM32F103VET6 无刷电机 FOC 控制工程（标准外设库，手写实现）

一、工程概述

项目	配置
芯片	STM32F103VET6 (HD, LQFP100)
外部晶振	HSE = 8MHz
系统时钟	SYSCLK = 72MHz (APB1=36MHz, APB2=72MHz)
开发环境	Keil v5 (ARMCC V5.06)
外设库	STM32 Standard Peripheral Library V3.5
调试器	CMSIS-DAP
驱动板	LKS560 栅极驱动器 EVB 板
波形调试	VOFA+ (JustFloat 协议, 115200bps)
版本管理	Git

当前阶段：SVPWM 开环控制已实现，电机可启转运行。

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二、PWM 架构 — TIM1 上管 + TIM8 下管

三相半桥由两组高级定时器独立驱动：

相	上管（高边）	下管（低边）
A相	TIM1_CH1 → PE9	TIM8_CH1 → PC6
B相	TIM1_CH2 → PE11	TIM8_CH2 → PC7
C相	TIM1_CH3 → PE13	TIM8_CH3 → PC8

定时器配置：

• 模式：中心对齐模式1（仅下溢产生更新中断）
• PWM 频率：20kHz
• ARR：1799（72MHz / (2 × 20kHz) - 1）
• PSC：0（72MHz 不分频）
• 启动方式：TIM_Cmd() 同时使能 TIM1 和 TIM8
• 死区方式：软件偏移 CCR（无硬件死区）
• NVIC 分组：NVIC_PriorityGroup_2
• 中断优先级：抢占1 / 子0（TIM1 与 TIM8 相同）

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三、目录结构

FOC标准库_手写/
├── Doc/
│   └── readme.txt            ← 详细技术文档
├── Libraries/
│   ├── CMSIS/                ← Cortex-M3 内核 + 启动文件
│   │   ├── core_cm3.c/h
│   │   ├── stm32f10x.h
│   │   ├── system_stm32f10x.c/h
│   │   └── startup/          ← startup_stm32f10x_hd.s
│   └── FWlib/                ← STM32 标准外设库 V3.5
│       ├── inc/              ← 库头文件
│       └── src/              ← 库源文件
├── Project/
│   └── RVMDK（uv5）/
│       └── BH-STM32.uvprojx ← Keil 工程文件
├── User/
│   ├── main.c               ← 主程序（SVPWM 开环测试入口）
│   ├── bsp_pwm.c/h          ← PWM 驱动 (TIM1上管 + TIM8下管)
│   ├── FOC.c/h              ← FOC 算法模块（浮点版）
│   ├── adc.c/h              ← ADC 电流采样（开发中）
│   ├── vofa_uart.c/h        ← VOFA+ JustFloat 串口波形输出
│   ├── stm32f10x_it.c/h     ← 中断服务函数
│   └── stm32f10x_conf.h     ← 外设库配置
├── Output/                  ← Keil 编译输出
├── Listing/                 ← Keil 链接输出
├── keilkill.bat             ← Keil 编译中间文件清理脚本
└── README.md               ← 本文件

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四、API 接口

PWM 驱动（bsp_pwm.h）

void BSP_PWM_Init(void);

/* 上管占空比设置（duty 范围：0 ~ 1799）*/
void BSP_PWM_SetDutyHighA(uint16_t duty);   // A相上管 PE9
void BSP_PWM_SetDutyHighB(uint16_t duty);   // B相上管 PE11
void BSP_PWM_SetDutyHighC(uint16_t duty);   // C相上管 PE13

/* 下管占空比设置（duty 范围：0 ~ 1799）*/
void BSP_PWM_SetDutyLowA(uint16_t duty);    // A相下管 PC6
void BSP_PWM_SetDutyLowB(uint16_t duty);    // B相下管 PC7
void BSP_PWM_SetDutyLowC(uint16_t duty);    // C相下管 PC8

/* 批量更新六路 PWM */
void BSP_PWM_Set(int* PWM_SetDutyHighA, int* PWM_SetDutyLowA,
                 int* PWM_SetDutyHighB, int* PWM_SetDutyLowB,
                 int* PWM_SetDutyHighC, int* PWM_SetDutyLowC);

FOC 算法（FOC.h）

/* Clarke 变换（三相静止 → 两相静止，等幅值）*/
void Clarke(float Ia, float Ib, float Ic, float *Ialpha, float *Ibeta);

/* Park 变换（两相静止 → 两相旋转）*/
void Park(float Ialpha, float Ibeta, float theta, float *Id, float *Iq);

/* 反 Park 变换（两相旋转 → 两相静止）*/
void InvPark(float Id, float Iq, float theta, float *Ialpha, float *Ibeta);

/* 反 Clarke 变换（两相静止 → 三相静止）*/
void InvClarke(float Ialpha, float Ibeta, float *Ia, float *Ib, float *Ic);

/* 角度制 → 弧度制转换 */
void shift(float theta_degrees, float *theta);

/* SVPWM 算法（6扇区，含过调制保护）*/
void svpwm(float Ts, float Ualpha, float Ubeta, float *Ta, float *Tb, float *Tc);

FOC 算法常量（FOC.h）：

宏定义	值	说明
SQRT3	1.73205080757f	√3
ONE_SQRT3	0.577350269f	1/√3
PI	3.14159265358979323846f	π
_sqrt3_2	0.8660254037844f	√3/2
_1_2	0.5f	1/2

VOFA+ 串口（vofa_uart.h）

void VOFA_Init(void);                              // 初始化（含串口硬件）
void VOFA_SetChannel(uint8_t ch_idx, float value); // 设置单通道值
void VOFA_SendChannels(float ch0, float ch1,       // 设置6通道并发送
                       float ch2, float ch3,
                       float ch4, float ch5);
void VOFA_Send(void);                              // 发送当前帧

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五、主循环控制流程（当前实现）

main.c 主循环中，角度逐次递增 1°，执行开环 SVPWM 控制：

1. theta_degrees 从 0° 递增（步长 1°），≥ 360° 时归零循环
2. shift() — 角度制 → 弧度制转换
3. InvPark(D=0, Q=9.0, theta) — 反 Park 变换，得到 Uα/Uβ
4. svpwm(Ts, Uα, Uβ) — 计算三相占空比 A/B/C
5. 映射到 CCR：A_num = (int)(A × PWM_DUTY_MAX / Ts)，范围 0~1799
6. BSP_PWM_Set() — 批量更新六路 PWM 占空比
7. VOFA_SendChannels() — 串口输出波形数据

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六、开发状态

• TIM1 上管 + TIM8 下管 PWM 驱动（中心对齐，20kHz）
• Clarke / InvClarke 变换
• Park / InvPark 变换
• SVPWM 算法实现（开环，6扇区，过调制保护）
• LKS560 驱动板连接 — 电机已可转动
• VOFA+ JustFloat 串口波形输出（6通道，115200bps）
• ADC 三相电流采样（PC0/PC1/PC2, ADC1 IN10/IN11/IN12）
• TIM6/TIM7 硬件触发 ADC（与 PWM 同步采样）
• 死区时间软件偏移
• PI 电流闭环（Id/Iq 闭环控制）
• 速度闭环
• FOC_Q15 定点版算法实现

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七、注意事项

1. TIM1 引脚使用全重映射（GPIO_FullRemap_TIM1），PE9/PE11/PE13 为上管 PWM 输出。

2. 上下管分属不同定时器，死区需在 SVPWM 算法中通过偏移 CCR 值实现。

3. 高级定时器必须调用 TIM_CtrlPWMOutputs() 使能主输出 MOE，否则 PWM 引脚无波形输出。

4. 编译宏定义：STM32F10X_HD, USE_STDPERIPH_DRIVER, HSE_VALUE=8000000

5. VOFA+ 串口使用 USART1（PA9 TX），115200bps，JustFloat 协议，帧尾 0x00 0x00 0x80 0x7F。

6. 当前版本不再使用 TIM1 TRGO → TIM8 ITR0 主从同步机制，改为 BSP_PWM_Init() 末尾直接同时使能两个定时器。

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八、编译与下载

1. 打开 Project/RVMDK（uv5）/BH-STM32.uvprojx
2. 选择目标芯片：STM32F103VE
3. 编译：点击 Build（或 F7）
4. 下载：连接 CMSIS-DAP 调试器，点击 Download（或 F8）
5. 运行：复位后自动运行

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最后更新：2026-06-21